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化工进展 2016年第06期杂志 文档列表

化工进展杂志化工过程与装备

绿色化工技术研究新进展1575-1586

摘要：当前,我国化学工业面临资源和环境等方面的重大挑战,绿色化工技术对于环境的保护和经济的发展具有至关重要的作用,是化工行业可持续发展的必然选择。本文指出绿色化程度需用原子经济性、综合能耗以及全生命周期低碳等指标进行衡量,总结了实现绿色化的3个基本途径：低碳化、清洁化和节能化,并从生物质低碳可再生资源的化工利用、绿色反应工艺、高效反应与分离设备、绿色溶剂、低温均相催化、绿色制氢以及CO_2利用技术等方面,综述了近年来我国绿色化工技术创新上的主要进展。最后,对我国绿色化工技术发展的未来进行了展望,建议以绿色碳科学理念为基础,应重视直接转化技术、输入端和过程中能量的管理以及输出端CO_2的集中转化技术等方面的研究开发。

离子液体萃取分离有机物研究进展1587-1605

摘要：离子液体是一种结构可调的绿色溶剂,在催化、分离和电化学等领域具有广泛应用,特别是在有机物萃取分离方面,由于其低挥发性及功能可调,避免了传统有机溶剂可能导致的VOCs二次污染,有望成为绿色高效的新型萃取剂。本文系统地综述了离子液体在萃取分离烃类化合物、有机酸、醇类、酚类以及天然产物中的应用研究进展,详细论述了离子液体萃取分离有机物的萃取机理和影响因素,离子液体与溶质分子之间强的氢键、π-π、范德华力以及静电作用使其具有良好的萃取分离能力,表明离子液体是一类可替代有机溶剂实现高效萃取分离有机化合物的潜在溶剂。针对实际工作应用,还需解决其高黏度、高成本等问题,此外萃取后离子液体的回收仍是其大规模应用而需要亟待解决的难题。

精馏技术研究进展与工业应用1606-1626

摘要：精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术,广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点,但存在设备投资大、分离能耗高等问题,因此研究开发新型高效传质元件、开发新型节能精馏技术,具有重要的社会意义和经济价值。本文从精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能、过程强化等方面,介绍了精馏技术的研究进展与工业应用。对于板式塔,从气液两相流动状态、压降、漏液和雾沫夹带方面研究了塔板的流体力学性能;对于填料塔,从压降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流体力学性能,但目前的研究仍以经验关联式为主,缺乏严谨的的理论模型。对于气液两相的传质性能研究,简述了气液两相传质理论,但科学、精准的传质模型尚未提出。对于塔器大型化的应用研究,介绍了塔板、气液分布器和支撑装置等大型化关键技术的工业应用。从精馏过程典型节能技术、耦合节能技术、流程节能技术、低温余热回收和特殊精馏等方面,介绍了精馏过程节能与强化的应用进展。文章最后对精馏过程的传质、强化和集成进行了展望。

近红外光谱技术在中药质量控制应用中的化学计量学建模：综述和展望1627-1645

摘要：近红外光谱（NIR）是制药工业领域应用最为广泛的过程分析技术（PAT）,在中药产品质量的在线实时检测和控制中越来越受到重视。和化学药相比,由于中药组成的复杂性和生产加工过程的特殊性,对利用化学计量学建立NIR预测模型,提出了新的挑战。本文对NIR在中药质量控制应用中的化学计量学建模方法和技术进行了综述并对未来发展做了展望。综述涉及到NIR数据的采集、预处理、分组,特征波段自动选取,建模以及模型的验证和评价。讨论了平滑、导数、标准化算法、数据增强算法和主元分析等预处理方法对模型影响。特征波段的选取述及间隔偏最小二乘、遗传算法、无信息变量消除、随机蛙跳法、竞争自适应重加权采样和重要变量投影法等;建模方法论及线性和非线性技术包括主元回归、偏最小二乘回归、人工神经网络和支持向量机回归等。未来的NIR建模平台应该是一个在后台集成各种复杂的数学算法和实现数据的无缝共享,面向用户的前台则是友好、简单、智能的半自动界面环境。论述结合具体的实例进行。

安全4.0：过程工业装置安全技术展望1646-1651

摘要：人类筑城而居,物质与文化得以快速提升,但也伴之以火灾等事故。进入工业文明以后,蒸汽机的发明、电力的应用使工业系统变得日益复杂,局部的失效便可能导致系统损坏和整个生产过程中断。20世纪能源危机的出现,导致工业装置向着更高的操作参数和更大的规模发展以提高能源与生产效率,这使得工业安全事故更具有突发性、灾难性、中断性以及社会性。安全已成为人们安逸、诗意生活的首要考虑。本文回顾了人类文明发展过程中安全技术的演进,提出与工业4.0适配的安全4.0的概念。它以全寿命过程安全保障为目标,包括安全（健康）监测、网络化监控、智能安全评价系统等主要内容。同时对目前成功的工业案例和研究进展进行了分析,提出了实施安全4.0今后应重点解决的科学与技术问题。

大数据技术在过程工业中的应用研究进展1652-1659

摘要：近些年,大数据技术在金融、贸易和医疗健康等行业也得到了较好的应用,但大数据技术在过程工业中的应用还处于起步阶段。本文分别从过程工业大数据的特点、分析方法以及应用现状3个方面进行介绍,简述了过程工业数据除了具有一般大数据海量性、多样性、高速性和易变性的4V特点外,还具有高维度、强非线性、样本分布不均和低信噪比的特点。基于过程工业数据的分析方法,按照功能划分可以分为降维分析、聚类和分类分析、相关性分析和预测分析四大类。在此基础上,综述了近些年大数据技术在过程工业上的应用,分别从过程工业优化、过程监测与故障诊断以及产品性能和产率预测3个方面介绍了其在过程工业中的应用情况,并指出未来应该将企业内部的生产数据和原料与产品的市场数据等相结合进行分析和挖掘,这样能够更大程度地发挥大数据的价值。

表面活性剂湍流减阻研究进展1660-1675

摘要：表面活性剂较高分子聚合物在流体管道输运中具有可逆机械降解特性的优点,更适用于存在高剪切的场合以及封闭的循环回路进行减阻,但存在对其复杂流变特性及减阻机理认识不完善的问题,使得其在减阻领域的应用受到了限制。本文回顾了作者近年来在表面活性剂溶液微观结构、复杂流变学特性、湍流结构以及其与减阻和传热性能之间的内在联系方面的研究进展;介绍了表面活性剂减阻和壁面微沟槽协同作用减阻的研究成果;指出通过拉伸流的方式能够在压损较小的情况下更有效地提高表面活性剂溶液的传热性能。针对表面活性剂现有研究的不足,本文提出4条建议作为表面活性剂的未来研究方向,分别为开发环境友好型高效表面活性减阻剂、强化换热装置的优化设计及优化布置、表面活性剂与其他减阻方式耦合特性的深入研究以及表面活性剂在尺度放大、防腐和减阻持久性方面的实际工业应用研究。

热等离子体超高温化学转化的过程研发和应用进展1676-1686

摘要：概述了热等离子体超高温化学转化的原理、研发和应用进展。热等离子体可提供超高温反应条件,以及具有可调控的氧化、还原或惰性的气体氛围的优点,因而是一种独特的化工外场强化手段,可为劣质化石化原料以及一些工业中间产物及废弃物的清洁、高效转化提供新的技术方式,也成为现代反应工程的重要前沿领域之一。同时,热等离子体化学转化过程反应条件苛刻,是传递和反应强耦合的复杂过程,如何将热等离子独特的反应性质与物质转化需求合理结合,实现过程的清洁、高效、可控,并保证过程的经济性,是科研探索和工业实践中必须面对的问题。本文以典型热等离子体化学转化过程展开讨论,包括等离子体法乙炔、固废物处理、纳米材料制备等,展望了热等离子体技术在能源、化工、环境、材料等领域独特的发展前景。

微型流化床反应分析的方法基础与应用研究1687-1697

摘要：准确测试气-固反应特性、求算动力学参数和推导反应机理是能源、化工、冶金等过程工程领域的重要研究课题。通过分析现有气-固反应分析测试方法与测试仪器优缺点,本文作者提出了利用微型流化床（MFB,micro fluidized bed）实现低扩散、快速升温条件下的反应微分化和等温分析的测试方法,系统研究了反应器内的流体力学特性,研制了微型流化床反应分析仪（MFBRA,micro fluidized bed reaction analyzer）,验证和展示了其对热解、燃烧（氧化）、气化、还原、催化、吸收等典型气-固反应的应用,充分揭示了微型流化床反应分析仪强化传热传质、降低扩散抑制、实现实时在线微分分析的特性,尤其为快速复杂反应提供了有效的研究分析手段,并且拓展了水蒸气气氛、在线颗粒采样、串联反应解耦等系列气-固反应研究与表征功能,形成了与热重分析互补的气-固反应分析方法和分析仪。

REV尺度多孔介质格子Boltzmann方法的数学模型及应用的研究进展1698-1712

摘要：综述了多孔介质表征体元尺度（REV）格子Boltzmann模型的研究进展,根据对多孔介质处理方式主要分为部分反弹模型和阻力模型两类,分析归纳了各类模型的优缺点。由于阻力模型中渗流的广义格子Boltzmann方程（GLBE）的作用力是基于GUO等的作用力模型,可以准确得到宏观方程,不存在离散误差,且模型的平衡分布函数和作用力项中都包含反应介质特性的孔隙率,因而应用最为广泛。本文还重点介绍了REV尺度多孔介质LBE模型在流动、传热、传质、化学反应及相变等过程中的具体应用,认为REV尺度多孔介质内的三传一反数学模型中需要加入孔隙尺度因素,在更大工程尺度上应该考虑过程参数的各向异性,展望了REV尺度多孔介质LBE模型的发展和应用前景。

化工进展杂志能源加工与技术

锌空气电池关键问题与发展趋势1713-1722

摘要：电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为：开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。

基于太阳能蓄热过程的甲烷二氧化碳重整研究进展1723-1732

摘要：热化学储能技术因为其储能密度高、热损小、能长距离运输等优点而成为保证太阳能长久稳定供应的关键技术。本文对基于甲烷二氧化碳重整反应的太阳能热化学储热系统研究现状进行了回顾,重点讨论了甲烷重整催化剂、重整反应器以及储能系统整体的传热特性等3个方向的研究进展。指出新型高效催化剂以及反应器开发和性能测试是目前该领域的主要研究方向。发现辐射热损失、非均匀温度分布特性、辐射热流的时变波动特性,以及由此造成的能量与化学反应的不匹配限制了热化学系统能量储存效率的进一步提高,并提出催化剂的催化特性与物性/结构参数依变关系,反应器辐射吸收特性、传热传质特性和反应特性之间的相互作用机制,以及系统时变动态特性与反应物流/辐射能流的匹配关系是建立甲烷重整热化学储能系统优化设计理论亟待解决的关键问题。

天然气制乙烯技术进展及经济性分析1733-1738

摘要：介绍了当前几种主要的天然气制乙烯技术新进展,包括天然气经甲醇制乙烯、费-托合成制乙烯、甲烷氧化偶联制乙烯技术进展及应用情况,并对这几种工艺进行了技术经济评价,结论认为：天然气制乙烯技术的大规模应用,主要取决于天然气原料供应的有效保障及其价格是否合理,在天然气供应充足、价格合理的条件下,天然气经甲醇制乙烯工艺将会得到较快发展,而费-托合成制乙烯、甲烷氧化偶联制乙烯技术目前尚未达到成熟应用阶段,需要持续加大研发力度,争取早日实现工业化应用。

我国未来石油消费发展趋势分析1739-1747

摘要：石油消费是关系国家能源安全的关键因素,研判我国未来石油消费发展趋势,可以提前合理规划石油生产、原油进口和石油炼化结构调整,对保障我国国民经济正常运行具有重要意义。本文通过石油消费结构分析,运用石油峰值理论,依据石油消费的历史数据以及影响石油消费的经济发展水平和行业发展状况等各相关因素参数,按照低、基准和高3种情景,采用因子分析法和Logistic模型,建立基于情景分析的石油消费需求预测模型,并对模型进行了校验和误差分析,具有较高精度。在充分考虑节能和替代燃料发展的基础上,对未来我国石油消费需求及变化趋势进行了预测分析。预测结果表明,未来10^20年我国石油消费将持续增加,石油消费峰值约为（6.6～7.8）×10^8t,峰值出现时间大约在2038年,应提前做好石油炼化产能规划和合理的结构布局。

化工进展杂志工业催化

油品精制催化剂技术进展1748-1757

摘要：描述了工业油品精制催化剂开发过程中所应考虑的六大要素,讨论了这些要素对催化剂性能提高的影响：包括通过各种技术调节手段,如无机助剂改性、有机助剂改性、超声辅助手段等实现对催化剂的理化性质调控,如改善酸性质、比表面积、孔结构、堆积密度等;通过这些技术手段还可调变金属-载体相互作用、活性金属的分散度和硫化度、MoS_2（WS_2）片晶长度和叠层数等,实现对催化活性中心形貌的控制;通过原材料选取及生产过程优化,降低催化剂成本;通过催化剂形态合理设计,提高催化剂体系的活性及稳定性。介绍了在工业油品精制催化剂技术进步中一些技术调节手段的应用,给出了系列商品催化剂活性进步的历程,并指出了提高催化剂性能的一些新思路,最后介绍了一些新的材料及方法在油品精制上的应用。

碳四烷烃化合物催化氧化的技术研究进展1758-1765

摘要：碳四烷烃包括正丁烷和异丁烷,主要来自炼油厂和石化装置。目前大部分碳四烷烃的利用途径单一,大多用作燃料等低值消耗,未能实现碳四烷烃资源的高值化利用。随着化工行业产品精细化率的发展、资源利用率的提高,碳四烃类化合物的综合利用日益受到人们的关注。针对碳四烷烃资源的化工利用现状,本文介绍了碳四烷烃催化氧化制备有机化工产品的技术进展,包括正丁烷氧化制备顺酐和乙酸、异丁烷氧化制备甲基丙烯酸和叔丁基过氧化氢等。总结了碳四烷烃催化氧化技术的特点,认为温和条件下的仿生催化氧化技术将在实现碳四烷烃氧化过程中发挥重要的作用。

蒽醌法流化床与固定床的发展趋势1766-1773

摘要：综述了国内外蒽醌法流化床与固定床催化剂的研究进展,并且重点介绍了它们的优点和缺点,总结出各种因素对镍催化剂和钯催化剂催化氢化性能的影响,同时单独介绍了蒽醌加氢催化剂在选择性、活性等方面的内容。还介绍了氢化反应器的特点和研究进展,并进行了比较。在详细比较了流化床与固定床生产技术优缺点的基础上,总结出流化床相比于固定床技术具有生产成本低、蒽醌降解少、催化剂利用率高、氢效高等优点。与此同时,简单介绍了蒽醌法流化床和固定床反应器应用方面相互比较的数据,得出流化床在大规模装置生产方面具有明显优势。最后指出蒽醌法流化床技术将取代固定床技术成为国内蒽醌法的发展方向;同时展望了未来蒽醌法的发展趋势,并提出目前研究的难点、重点及发展建议。

化工进展杂志材料科学与技术

离子交换膜的发展态势与应用展望1774-1785

摘要：基于离子交换膜的电膜技术,由于其独特的离子传递特性,可以用于离子物系的分离、分级,在清洁生产、节能减排、能量转换等方面有着广泛的应用前景。本文综述了离子交换膜的制备、应用过程以及组件设计等方面的前沿性进展,并对亟待解决的问题和未来的发展方向作了展望。关于膜的制备,提出了从二相到三相、从致密到微孔的新型离子交换膜结构,开发了电纳滤膜并用于一价或多价离子的分离,通量和选择性均得到提高,实现了膜功能的多样化。在应用过程中,实现了扩散渗析和电渗析过程的集成,分离效果优越,生产成本降低。同时对膜组件进行优化,设计开发出新型的卷式组件,克服了传统板式组件的诸多缺陷。值得一提的是,离子分离膜的应用领域也由初级水处理扩展到复杂物料的分离与纯化。以上研究成果将为离子交换膜的发展提供指导,加快其工业化进程。